محققان شبکه‌های ژنتیکی اصلی را شناسایی می‌کنند که رفتار سلول‌های بنیادی جنینی انسان را هدایت می‌کنند

در مراحل اولیه تکوین جنین انسان، مجموعه کوچکی از سلول‌ها به نام سلول‌های بنیادی جنینی انسان (hESCs) تکوین و تمایز را هماهنگ می‌کنند و در نهایت باعث تولید بافت‌های انسانی بسیار تخصصی می‌شوند. این سلول‌های پرتوان – مولدهای هر نوع سلولی در بدن – hESCها مورد توجه زیست‌شناسان تکوین و ترمیم قرار گرفته‌است. بسیاری از ژن‌های محرک عملکرد hESC قبلاً شناسایی شده‌اند، اما ابزارهای قدرتمندی که فعالیت‌های مرتبط این ژن‌ها را روشن می‌کنند، اخیراً پدیدار شده‌اند.

 محققان بیمارستان زنان بریگهام و دانشکده پزشکی هاروارد از مانیتور ژنتیکی گسترده ژنوم هم در بیان بیش از حد و هم درغیرفعال کردن (حذف ژنتیکی) ده‌ها هزار ژن در hESCs استفاده کرده‌اند. آنها به شبکه‌های کلیدی که به طور همزمان قدرت و آمادگی برای مرگ سلولی (آپوپتوز) را کنترل می‌کنند و همچنین به تضمین شرایط بهینه برای رشد و تکوین جنین کمک می‌کنند پی برده‌اند. یافته های این مطالعه که در Genes and Development منتشر شده است، فهم جدیدی در مورد ژنتیک سرطان و یک رویکرد جدید برای تحقیقات پزشکی بازساختی ارائه می دهد.

کامیلا ناکسرووا، سرپرست تیم تحقیق، می‌گوید: روش‌های ما به ما این امکان را می‌دهد تا یک اطلس از تقریباً هر ژن در ژنوم انسان تولید کرده و نشان دهیم که بیان بیش از حد و یا حذف آن چه تأثیری بر اساسی‌ترین مراحل اولیه تکوین انسانی دارد. در این مطالعه به‌جای اینکه ژن‌ها را یک به یک بررسی کنیم، هزاران تغییر ژنتیکی را همزمان بررسی کردیم تا تعیین کنیم چگونه بر تکثیر سلول‌های بنیادی جنینی و متعاقباً، توسعه سه لایه زایا که به عنوان ماده خام  برای ایجاد بافت های انسانی عمل می‌کنند تأثیر می‌گذارند.

استفان الدج، نویسنده همکار، دکتر گرگور مندل، پروفسور ژنتیک و پزشکی در بریگهام، می‌گوید: «توضیح چگونگی کنترل ژنتیکی عملکرد سلول‌های بنیادی جنینی انسان برای درک ما از زیست‌شناسی تکوین و پزشکی بازساختی امری ضروری است. مطالعه ما گسترده ترین بررسی عملکرد ژن در hESCها را تا به امروز ارائه می دهد.

 محققان در انجام آزمایش خود – که شامل حذف تقریباً ۱۸۰۰۰ ژن و بیان بیش از حد ۱۲۰۰۰ ژن بود – متوجه نقش منحصر به فرد ژن‌هایی در hESC شدند که توانایی‌های پرتوانی یا تمایز را کنترل می‌کنند. هنگامی که محققان این ژن های شناخته شده را حذف کردند، از جمله OCT4 و SOX2، سلول های بنیادی به طرز شگفت انگیزی مقاومت خود را در برابر مرگ افزایش دادند، که نشان می دهد در شرایط عادی، تنظیم کننده‌های پرتوانی نیز در مسیرهای آپوپتوز نقش دارند. محققان این فرضیه را مطرح کردند که پیوند ژنتیکی بین پرتوانی و مرگ سلولی به این اطمینان کمک می کند که اگر سلول بنیادی آسیب ببیند، قبل از اینکه بتواند عملکرد سلول ها و بافت های آینده را به خطر بیندازد، در مراحل اولیه رشد جنینی از بین می‌رود.

این رفتارهای مرتبط به ویژه در یک تنظیم کننده پرتوانی معروف به مجموعه SAGA مشهود بود. محققان برای اولین بار نشان دادند که hESCها در غیاب مجموعه SAGA با سهولت کمتری از بین می‌روند. علاوه بر این، فقدان آن از رشد هر سه لایه زایا (اندودرم، مزودرم و اکتودرم) جلوگیری می‌کند که نشان دهنده نقش مرکزی مجموعه SAGA در طیف وسیعی از فعالیت‌های hESC است. در نهایت، محققان مشاهده کردند که بسیاری از ژن‌هایی که تشکیل سه لایه زایایی را تنظیم می‌کنند، زمانی که بیش از حد یا کمتر در سلول‌های سوماتیک بیان می‌شوند، در رشد و توسعه‌ی سرطان‌ها نقش دارند.

فراتر از ارائه یک دیدگاه جدید در مورد اساس ژنتیکی سرطان‌ها، رویکرد مانیتور ژنتیکی با توان بالا ممکن است به کارهای آینده در زیست شناسی بازساختی  کمک کند.

اکسرووا که اکنون استادیار مرکز زیست‌شناسی سیستمی در بیمارستان عمومی ماساچوست است، گفت: مانیتور ژنتیکی فرصتی شگفت‌انگیز برای بررسی اینکه چگونه شبکه‌های ژنتیکی به رفتارهای سلولی مرتبط مانند رشد، تمایز و بقا کمک می‌کنند، ارائه می‌کند. این رویکرد می‌تواند به زیست‌شناسان بازساختی و تکوین کمک کند تا شبکه‌های ژنتیکی را که در شکل‌گیری بافت‌های خاص دخیل هستند، نقشه‌برداری کنند و آن ژن‌ها را برای رشد مؤثرتر در انواع مختلف سلول‌های بنیادی بافت‌های انسانی دستکاری کنند.

لینک منبع خبر:

https://medicalxpress.com/news/2021-10-core-genetic-networks-human-embryonic.html

اطلاعات بیشتر:

More information: Kamila Naxerova et al, Integrated loss- and gain-of-function screens define a core network governing human embryonic stem cell behavior, Genes & Development (۲۰۲۱). DOI: 10.1101/gad.349048.121

Journal information: Genes & Development